內植剛性體嵌入硬持力層複合樁的施工方法

2023-12-02 11:08:56

專利名稱：內植剛性體嵌入硬持力層複合樁的施工方法
技術領域：
本發明涉及一種工程樁的施工工藝，尤其涉及一種適用於常見土層，用於承壓和抗拔的新型樁體——強力攪拌土內植剛性體嵌入硬持力層複合樁的施工方法，這種新型樁體可用作土木工程各領域的承壓樁或抗拔樁。
背景技術：
目前，建築工程、水利工程、道橋工程等土木工程的各領域，鑽孔灌注樁是最常用的樁體，其具有施工工藝成熟、設備簡單、適用性強等優點，但也存在造價高、成樁施工工藝複雜、質量控制要求高等缺點，尤其鑽孔樁工藝採用泥漿護壁技術需將土體鑽切成泥漿進行外運處理。鑽孔樁泥漿外運處理汙染環境，是城市急待解決的問題，直接危及傳統鑽孔灌注樁的推廣和運用。如何尋求不需泥漿外運的成樁技術是當前巖土工程的研發方向之一。土木工程各領域中打入或壓入預製鋼筋混凝土方樁或管樁也是目前最常用的樁體。這種樁具有質量可靠、施工速度快、造價低等優點。但這是一種擠土樁，成樁中對周邊影響較大，尤其在城區施工，由於擠土危及周邊道路、地下管線以及建築物的安全。這種不利因素限制了預製鋼筋混凝土方樁或管樁等擠土樁的應用。此外，打入或壓入預製樁也存在一些土層無法或很難成樁到位的問題，因此研發能克服上述傳統樁缺點的新樁體意義深遠。上述各種樁體在沿海的深厚軟土層中，由於土性差、樁側摩阻力很低，如何提高樁側摩阻力，增大樁的承載力，也是值得解決的問題。本發明的強力攪拌土內植剛性樁嵌入硬持力層複合樁技術正是在這種背景下研發出來。這項新技術具有成樁方便、適用性強、樁身質量可靠、施工速度快、造價低、承載力高、無擠土、而且無需泥漿外運處理等優點，同時也解決了深厚軟土層中樁側摩阻力低的問題。這種新技術的推廣應用符合當前城市可持續發展的需要，也為工程建設節約了大量投資，意義深遠。

發明內容
本發明提供了一種新型樁體的施工方法，解決了傳統鑽孔灌注樁施工時存在的泥漿外運問題，以及直接打入預製樁存在的擠土問題。—種內植剛性體嵌入硬持力層複合樁的施工方法，包括如下步驟I)、配置鑽杆與鑽頭，根據土層分布配置好用於大直徑攪拌的上部鑽杆和用於硬持力層內小直徑攪拌的下部鑽杆，若要嵌入基巖應配帶空氣衝擊的特殊鑽頭，並將植樁機對準設計要求的土體位置；2)、注漿鑽進，植樁機通過上部鑽杆的攪拌葉片及下部鑽杆的螺旋葉片對土體進行鑽進並攪拌，同時通過注漿設備向攪拌土體注入水泥漿，並且噴射壓流空氣輔助攪拌，鑽進攪拌至預定深度到位；3)、退杆，提升鑽杆，將上下部鑽杆的鑽頭和攪拌葉片、螺旋葉片退出攪拌土體；
4)、植樁，利用植樁機的壓力和振動功能將剛性體嵌入硬持力層；5)、形成複合樁，攪拌土體與水泥漿均勻混合後，凝結成水泥土，包裹住剛性體形成複合樁。當土體上部為軟土層，下部為硬持力層時，並且設計要求剛性體進入硬持力層不深，植樁機上可僅安裝上部鑽杆的鑽頭和攪拌葉片用於攪拌土體，鑽進至預定深度，停止鑽進；在植入剛性體時，通過植樁機將剛性體直接壓入硬持力層。攪拌葉片攪拌形成的圓直徑在600 1800mm ;所述的水泥土水泥摻合比為15% 25%。設計要求剛性體進入硬持力層較深甚至進入基巖層中時，植樁機應配置好上部鑽杆、下部鑽杆及與上、下部鑽杆相配的攪拌葉片、螺旋葉片、鑽頭。在步驟2中，下部鑽杆鑽頭進入硬持力層時，螺旋葉片對硬持力層甚至基巖層進行攪拌鑽進，在攪拌鑽進的同時，提高注入水泥漿的濃度，鑽進至設計要求深度，接下按步驟3、4、5施工。前述下部鑽杆鑽進中注入的水泥漿與硬持力層攪拌土形成加強水泥土，水泥摻合比為20% 40% ;螺旋葉片攪拌形成的圓直徑大於剛性體直徑100 200mm，小於水泥土直徑。當土體上下部土層的土性均較好時，鑽杆上的攪拌葉片與螺旋葉片攪拌形成的圓直徑相等，比剛性體直徑大100 500mm ;水泥土的水泥摻合比為20% 30%。剛性體可以為預製鋼筋混凝土管樁、竹節管樁、方樁、空心方樁或各種形式鋼管樁等各種截面形狀的預製樁體。植樁機鑽進速率為O. 3 1. O米/分，攪拌旋轉速率為16 30轉/分。植樁機鑽杆由上下二部分組成，上部鑽杆帶有間隔分布的呈螺旋狀的攪拌葉片及鑽頭，下部鑽杆帶有連續分布的螺旋葉片及具有輔助空氣衝擊功能的基巖鑽頭。植樁機鑽進攪拌時，將水泥漿與攪拌土體均勻攪拌，為了更好的攪拌，鑽頭的頭部噴射壓流空氣用於輔助攪拌。氣體從鑽頭頭部噴出，一方面對鑽進的土體進行衝擊，另一方面氣體從攪拌土內溢出時，對攪拌土有個輔助攪拌的作用。在沿海的土體中存在深厚的軟土層，由於土性差，一般樁體很難解決樁側摩阻力低的問題，本發明採用的新型樁體能夠根據土體的性質提高樁側摩阻力，增大樁的承載力。若是軟土層，通過採用大直徑的攪拌尺寸，使其與內植的較小直徑剛性體形成複合樁體。利用廉價的水泥土擴大樁體的外圍直徑，增大樁體的表面積和樁側摩阻力，解決軟土摩擦力低的問題，達到增加樁承載力之效，使樁側摩阻力和樁身抗承壓強度(主要由剛性體提供)相匹配。如果土體性狀較好，則可減小攪拌樁直徑，使樁機提供的強力攪拌功能能順利攪拌土體，其攪拌直徑以形成複合樁體後能滿足樁側摩阻力要求為準。這種特製樁機的強力攪拌鑽杆的頭部區域的鑽頭和螺旋葉片的直徑與植入的剛性體相匹配。這種鑽頭和螺旋葉片有利於剛性體進入硬持力層甚至基巖層。當樁機鑽進攪拌進入硬持力層(基巖)到位後，注入一定的高強度水泥漿，使植入的剛性體與硬持力層能更好的結合，以確保複合樁端承載力達到強度要求。綜上所述，本發明採用的技術方案是利用新研發的強力鑽進攪拌植樁機，利用其單軸強力攪拌和鑽進功能，先按設計要求對土體進行強力攪拌和鑽進，同時邊鑽進邊注漿，形成水泥土漿，然後利用植樁機的起吊、定位、振動或靜壓功能將剛性體植入到位，形成複合樁。對樁體進入硬持力層或基巖，利用植樁機特殊的強力鑽進攪拌功能，藉助壓流空氣衝擊破碎，按設計要求衝擊鑽進到位後，將剛性體嵌入硬持力層或基巖中，達到設計承載力要求。本發明的有益效果是1、通過專用植樁機對土體進行鑽進攪拌，同時對攪拌土體注入水泥漿，形成流動狀水泥土漿，相比傳統鑽孔灌注樁需要外運大量泥漿汙染環境的問題，本發明不存在泥漿外運的問題；2、由於水泥土漿呈流動狀，植入剛性體時，剛性體對周邊水泥土漿產生的壓力促使水泥土漿往上運動，而不會對周邊土體產生擠壓；3、由於複合樁進入硬持力層甚至基巖層中，能夠極大的提高樁體的承壓能力；4、通過廉價的水泥土擴大樁體的外圍直徑，增大樁體的表面積和樁側摩阻力，解決軟土摩擦力低的問題，使樁側摩阻力和樁身抗承壓強度相匹配，提高了樁體的承壓能力；5、專業植樁機配備的特殊鑽頭，利用壓流空氣產生的衝擊破碎功能，能有效的鑽進基巖內，確保了複合樁體嵌入基巖層；6、通過噴射壓流空氣，使水泥漿與攪拌土體充分均勻攪拌；7、本發明適用範圍廣，能夠根據不同土體提供不同的方案，進行針對性的施工，其形成的複合樁相比傳統鑽孔樁和預製樁具有成樁方便、施工速度快、造價低、承載力高等優點。


圖1是本發明實施例1中複合樁的整體構造圖；圖2是沿圖1中A-A的剖視圖；圖3是本發明實施例2中複合樁嵌入硬持力層的構造圖；圖4是沿圖3中B-B的剖視圖；圖5是沿圖3中C-C的剖視圖；圖6是本發明實施例3中複合樁樁體結構圖；圖7是沿圖6中D-D的剖視圖；圖8是本發明複合樁的受力機理圖；圖9是本發明施工用植樁機鑽杆的結構圖。
具體實施例方式實施例1複合樁施工時首先根據土層分布配置好用於大直徑攪拌的上部鑽杆和用於硬持力層內小直徑攪拌的下部鑽杆，若要嵌入基巖應配帶空氣衝擊的特殊鑽頭，並將植樁機對準設計要求的土體位置。如圖9所示，植樁機鑽杆由上下二部分組成，上部鑽杆與下部鑽杆通過連接機構連接成一體，上部鑽杆帶有間隔分布的呈螺旋狀的攪拌葉片及鑽頭，下部鑽杆帶有連續分布的螺旋葉片及具有輔助空氣衝擊功能的基巖鑽頭。
如圖1-2所示，當土體上部是沿海普遍存在的軟性土層，下部為硬持力層，設計要求複合樁進入硬持力層的深度較淺時，複合樁的具體施工方法是植樁機可僅安裝上部鑽杆的鑽頭和攪拌葉片，通過植樁機鑽杆上的攪拌葉片對軟性土層進行強力攪拌，同時注入水泥漿，在鑽進攪拌同時，噴射壓流空氣輔助攪拌，使土體形成直徑Dl的水泥土漿孔，利用孔內水泥土漿形成護壁，防止坍塌。其中水泥土漿為水泥漿與攪拌土體的混合物。植樁機的鑽進速率為O. 3米/分，旋轉攪拌速率為16轉/分。鑽杆鑽進攪拌至設計要求深度，停止鑽進勻速攪拌，將水泥漿與攪拌土體充分混
八
口 ο水泥漿與攪拌土體充分混合後，然後提升鑽杆，將鑽頭和攪拌葉片退出攪拌土體，利用植樁機的壓力和振動功能將預製剛性體I植入並將剛性體I嵌入硬持力層內，水泥土漿凝結後形成包裹住剛性體I的水泥土 2。實施方式中的剛性體I為鋼管樁，直徑為300 800mm，水泥土 2的直徑Dl在600 1800mm之間，水泥土 2水泥摻合比在15% 25%。實施例2如圖3-5所示，當土體上部是軟性土層，下部為硬持力層，設計要求複合樁進入硬持力層的深度較深甚至基巖層中，複合樁的具體施工方法是首先植樁機應配置好上部鑽杆、下部鑽杆及與上、下部鑽杆相配的攪拌葉片、螺旋葉片、鑽頭；上部軟性土層的施工方法與實施例1中的軟性土層施工方法相同，都是通過植樁機鑽杆上的攪拌葉片對土體進行大直徑攪拌注漿，在軟土層中形成直徑Dl的水泥土漿孔，但是植樁機的鑽進速率為I米/分，旋轉攪拌速率為30轉/分。下部鑽杆上的鑽頭和螺旋葉片向硬持力層甚至基巖層鑽進時，鑽進速率可以降低為O. 3米/分，旋轉攪拌速率為16轉/分，鑽進攪拌的同時，提高注入水泥漿的濃度，至設計要求深度，在嵌入硬持力層區段持續注漿，使水泥漿凝結後能形成直徑D2的加強水泥土
3。完成鑽進攪拌後，退杆，植入剛性體1，並利用植樁機的振動壓入功能將剛性體I嵌入硬持力層或基巖層內到位，待水泥土 2及加強水泥土 3凝結後形成滿足設計承載力要求的複合樁。加強水泥土 3的直徑D2比剛性體I直徑D大100 200mm，小於水泥土 2直徑Dl。加強水泥土 3的水泥摻合比為20% 40%，剛性體I為鋼管樁。實施例3如圖6-7所示，當建設場地土體上下層土性均較好，但採用傳統的打入或壓入預製樁成樁到位有困難，採用本發明的方法較為簡便，具體施工步驟如下植樁機通過鑽杆上的攪拌葉片及螺旋葉片對土體進行鑽進攪拌，邊鑽進邊攪拌邊注漿，然後進入設計要求的硬持力層或基巖層深度，退杆，利用植樁機的振動和壓入功能將剛性體植入到位，水泥漿凝結後形成水泥土 2，水泥土 2包裹剛性體I形成滿足承載力要求的複合樁。其中攪拌葉片與螺旋葉片攪拌形成的圓直徑相等，比剛性體I直徑大100 500mm，直徑為D3的水泥土 2水泥摻合比為20% 30%。剛性體I為鋼管樁，其中鑽進速率為O. 7米/分，旋轉攪拌速率為23轉/分。
本領域技術人員應當理解，上述具體實施方式
，並非用以限定本發明的具體範圍，任何本領域技術人員，在不脫離本發明的構思和原則的前提下採用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發明要求保護範圍。
權利要求
1.一種內植剛性體嵌入硬持力層複合樁的施工方法，其特徵是 包括如下步驟 1)、配置鑽杆與鑽頭，根據土層分布配置好用於大直徑攪拌的上部鑽杆(4)和用於硬持力層內小直徑攪拌的下部鑽杆(5)，若要嵌入基巖應配帶空氣衝擊的特殊鑽頭，並將植樁機對準設計要求的土體位置； 2)、注漿鑽進，植樁機通過上部鑽杆⑷的攪拌葉片(6)及下部鑽杆(5)的螺旋葉片(7)對土體進行鑽進並攪拌，同時通過注漿設備向攪拌土體注入水泥漿，並且噴射壓流空氣輔助攪拌，鑽進攪拌至預定深度到位； 3)、退杆，提升鑽杆，將上下部鑽杆的鑽頭和攪拌葉片(6)、螺旋葉片(7)退出攪拌土體； 4)、植樁，利用植樁機的壓力和振動功能將剛性體(I)嵌入硬持力層； 5)、形成複合樁，攪拌土體與水泥漿均勻混合後，凝結成水泥土(2)，包裹住剛性體(I)形成複合樁。
2.根據權利要求1所述的內植剛性體嵌入硬持力層複合樁的施工方法，其特徵是所述的土體上部為軟土層，下部為硬持力層，並且設計要求剛性體(I)進入硬持力層不深，植樁機可僅安裝上部鑽杆(4)的鑽頭和攪拌葉片(6)用於攪拌土體，鑽進至預定深度，停止鑽進; 攪拌葉片(6)攪拌形成的圓直徑在600 1800mm;所述的水泥土(2)水泥摻合比為15% 25%。
3.根據權利要求1所述的內植剛性體嵌入硬持力層複合樁的施工方法，其特徵是所述的土體上部為軟土層，下部為硬持力層，設計要求剛性體(I)進入硬持力層較深甚至進入基巖層時，植樁機應配置好上部鑽杆(4)、下部鑽杆(5)及與上、下部鑽杆相配的攪拌葉片(6)、螺旋葉片(7)、鑽頭； 在步驟2中下部鑽杆(5)鑽頭進入硬持力層的同時，提高注入水泥漿的濃度，接下按步驟3、4、5施工；前述下部鑽杆(5)鑽進中注入的水泥漿與硬持力層攪拌土凝結形成加強水泥土(3)，水泥摻合比為20% 40% ; 所述的下部鑽杆螺旋葉片(7)攪拌形成的圓直徑大於剛性體(I)直徑100 200mm，小於水泥土(2)直徑。
4.根據權利要求1所述的內植剛性體嵌入硬持力層複合樁的施工方法，其特徵是所述的土體上下部土層的土性均較好，所述的上下部鑽杆上的攪拌葉片(6)與螺旋葉片(7)攪拌形成的圓直徑相等，比剛性體(I)直徑大100 500mm，水泥土⑵的水泥摻合比為20% 30%。
5.根據權利要求1所述的內植剛性體嵌入硬持力層複合樁的施工方法，其特徵是所述的剛性體(I)為預製鋼筋混凝土管樁、竹節管樁、方樁、空心方樁或各種形式鋼管樁等各種截面形狀的預製樁體。
6.根據權利要求1所述的內植剛性體嵌入硬持力層複合樁的施工方法，其特徵是所述的壓流空氣從鑽頭的頭部噴出。
7.根據權利要求1所述的內植剛性體嵌入硬持力層複合樁的施工方法，其特徵是所述的植樁機鑽進速率為0. 3 1. 0米/分，攪拌旋轉速率為16 30轉/分。
8.根據權利要求1所述的內植剛性體嵌入硬持力層複合樁的施工方法，其特徵是所述的植樁機鑽杆由上下二部分組成，上部鑽杆(4)帶有間隔分布的呈螺旋狀的攪拌葉片(6)及鑽頭，下部鑽杆(5)帶有連續分布的螺旋葉片(7)及具有輔助空氣衝擊功能的基巖鑽頭。
全文摘要
本發明公開了一種內植剛性體嵌入硬持力層複合樁的施工方法，包括如下步驟配置鑽杆與鑽頭，根據土層分布配置好用於大直徑攪拌的上部鑽杆和用於硬持力層內小直徑攪拌的下部鑽杆，並將植樁機對準設計要求的土體位置；注漿鑽進，植樁機通過上部鑽杆的攪拌葉片及下部鑽杆的螺旋葉片對土體進行鑽進並攪拌，同時向攪拌土體注入水泥漿，鑽進攪拌至預定深度到位；退杆，提升鑽杆，退出攪拌土體；植樁，利用植樁機的壓力和振動功能將剛性體嵌入硬持力層；形成複合樁。本發明的有益效果是無泥漿外運，不會對周邊土體產生擠壓，能夠極大的提高樁體的承壓能力，適用範圍廣，具有成樁方便、施工速度快、造價低、承載力高等優點。
文檔編號E02D5/50GK103015413SQ201210583039
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月26日 優先權日2012年12月26日
發明者嚴平 申請人:杭州南聯土木工程科技有限公司, 嚴平